赵凯华电磁学及课后习题答案
赵凯华陈煕谋《电磁学》第三版思考题及习题答案(完整版)
1、 在地球表面上某处电子受到的电场力与它本身的重量相等， 求该处的电场强度 （已知电 子质量 m=9.1×10-31kg,电荷为-e=-1.610-19C）. 解： 2、 电子所带的电荷量（基本电荷-e）最先是由密立根通过油滴实验测出的。密立根设计的 实验装置如图所示。一个很小的带电油滴在电场 E 内。调节 E，使作用在油滴上的电场力与 油滴的重量平衡。如果油滴的半径为 1.64×10-4cm,在平衡时，E=1.92×105N/C。求油滴上 的电荷（已知油的密度为 0.851g/cm3） 解： 3、 在早期（1911 年）的一连串实验中，密立根在不同时刻观察单个油滴上呈现的电荷， 其测量结果（绝对值）如下： 6.568×10-19 库仑 13.13×10-19 库仑 19.71×10-19 库仑 8.204×10-19 库仑 16.48×10-19 库仑 22.89×10-19 库仑 11.50×10-19 库仑 18.08×10-19 库仑 26.13×10-19 库仑 根据这些数据，可以推得基本电荷 e 的数值为多少？ 解：油滴所带电荷为基本电荷的整数倍。则各实验数据可表示为 kie。取各项之差点儿 4、 根据经典理论，在正常状态下，氢原子中电子绕核作圆周运动，其轨道半径为 5.29× 10-11 米。已知质子电荷为 e=1.60×10-19 库,求电子所在处原子核（即质子）的电场强度。 解： 5、 两个点电荷，q1=+8 微库仑，q2=-16 微库仑（1 微库仑=10-6 库仑） ，相距 20 厘米。求 离它们都是 20 厘米处的电场强度。 解： 与两电荷相距 20cm 的点在一个圆周上，各点 E 大小相等，方向在圆锥在上。 6、 如图所示， 一电偶极子的电偶极矩 P=ql.P 点到偶极子中心 O 的距离为 r ,r 与 l 的夹角为。 在 r>>l 时，求 P 点的电场强度 E 在 r=OP 方向的分量 Er 和垂直于 r 方向上的分量 Eθ。 解：
赵凯华所编《电磁学》第二版答案
第一章§1.1思考题：静电场静电的基本现象和基本规律1、给你两个金属球，装在可以搬动的绝缘支架上，试指出使这两个球带等量异号电荷的方向。
你可以用丝绸摩擦过的玻璃棒，但不使它和两球接触。
你所用的方法是否要求两球大小相等？答：先使两球接地使它们不带电，再绝缘后让两球接触，将用丝绸摩擦后带正电的玻璃棒靠近金属球一侧时，由于静电感应，靠近玻璃棒的球感应负电荷，较远的球感应等量的正电荷。
然后两球分开，再移去玻璃棒，两金属球分别带等量异号电荷。
本方法不要求两球大小相等。
因为它们本来不带电，根据电荷守恒定律，由于静电感应而带电时，无论两球大小是否相等，其总电荷仍应为零，故所带电量必定等量异号。
2、带电棒吸引干燥软木屑，木屑接触到棒以后，往往又剧烈地跳离此棒。
试解释之。
答：在带电棒的非均匀电场中，木屑中的电偶极子极化出现束缚电荷，故受带电棒吸引。
但接触棒后往往带上同种电荷而相互排斥。
3、用手握铜棒与丝绸摩擦，铜棒不能带电。
戴上橡皮手套，握着铜棒和丝绸摩擦，铜棒就会带电。
为什么两种情况有不同结果？答：人体是导体。
当手直接握铜棒时，摩擦过程中产生的电荷通过人体流入大地，不能保持电荷。
戴上橡皮手套，铜棒与人手绝缘，电荷不会流走，所以铜棒带电。
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------§1.2 电场电场强度思考题：1、在地球表面上通常有一竖直方向的电场，电子在此电场中受到一个向上的力，电场强度的方向朝上还是朝下？答：电子受力方向与电场强度方向相反，因此电场强度方向朝下。
2、在一个带正电的大导体附近P 点放置一个试探点电荷q0(q0>0), 实际测得它受力F。
若考虑到电荷量 q0 不是足够小的，则 F/ q0 比 P 点的场强 E 大还是小？若大导体带负电，情况如何？答： q0 不是足够小时，会影响大导体球上电荷的分布。
电磁学第三版赵凯华陈煕谋 思考题和课后习题答案详解全解解析(上册)
第一章静电场§1.1 静电的基本现象和基本规律思考题：1、给你两个金属球，装在可以搬动的绝缘支架上，试指出使这两个球带等量异号电荷的方向。
你可以用丝绸摩擦过的玻璃棒，但不使它和两球接触。
你所用的方法是否要求两球大小相等？答：先使两球接地使它们不带电，再绝缘后让两球接触，将用丝绸摩擦后带正电的玻璃棒靠近金属球一侧时，由于静电感应，靠近玻璃棒的球感应负电荷，较远的球感应等量的正电荷。
然后两球分开，再移去玻璃棒，两金属球分别带等量异号电荷。
本方法不要求两球大小相等。
因为它们本来不带电，根据电荷守恒定律，由于静电感应而带电时，无论两球大小是否相等，其总电荷仍应为零，故所带电量必定等量异号。
2、带电棒吸引干燥软木屑，木屑接触到棒以后，往往又剧烈地跳离此棒。
试解释之。
答：在带电棒的非均匀电场中，木屑中的电偶极子极化出现束缚电荷，故受带电棒吸引。
但接触棒后往往带上同种电荷而相互排斥。
3、用手握铜棒与丝绸摩擦，铜棒不能带电。
戴上橡皮手套，握着铜棒和丝绸摩擦，铜棒就会带电。
为什么两种情况有不同结果？答：人体是导体。
当手直接握铜棒时，摩擦过程中产生的电荷通过人体流入大地，不能保持电荷。
戴上橡皮手套，铜棒与人手绝缘，电荷不会流走，所以铜棒带电。
计算题：1、真空中两个点电荷q1=1.0×10-10C，q2=1.0×10-11C，相距100mm，求q1受的力。
解：2、真空中两个点电荷q与Q，相距5.0mm,吸引力为40达因。
已知q=1.2×10-6C,求Q。
解：1达因=克·厘米/秒=10-5牛顿3、为了得到一库仑电量大小的概念，试计算两个都是一库仑的点电荷在真空中相距一米时的相互作用力和相距一千米时的相互作用力。
解：4、氢原子由一个质子（即氢原子核）和一个电子组成。
根据经典模型，在正常状态下，电子绕核作圆周运动，轨道半径是r=5.29×10-11m。
已知质子质量M=1.67×10-27kg，电子质量m=9.11×10-31kg。
赵凯华所编电磁学第二版答案
赵凯华所编电磁学第二版答案Company Document number：WUUT-WUUY-WBBGB-BWYTT-1982GT第一章静电场§静电的基本现象和基本规律思考题：1、给你两个金属球，装在可以搬动的绝缘支架上，试指出使这两个球带等量异号电荷的方向。
你可以用丝绸摩擦过的玻璃棒，但不使它和两球接触。
你所用的方法是否要求两球大小相等答：先使两球接地使它们不带电，再绝缘后让两球接触，将用丝绸摩擦后带正电的玻璃棒靠近金属球一侧时，由于静电感应，靠近玻璃棒的球感应负电荷，较远的球感应等量的正电荷。
然后两球分开，再移去玻璃棒，两金属球分别带等量异号电荷。
本方法不要求两球大小相等。
因为它们本来不带电，根据电荷守恒定律，由于静电感应而带电时，无论两球大小是否相等，其总电荷仍应为零，故所带电量必定等量异号。
2、带电棒吸引干燥软木屑，木屑接触到棒以后，往往又剧烈地跳离此棒。
试解释之。
答：在带电棒的非均匀电场中，木屑中的电偶极子极化出现束缚电荷，故受带电棒吸引。
但接触棒后往往带上同种电荷而相互排斥。
3、用手握铜棒与丝绸摩擦，铜棒不能带电。
戴上橡皮手套，握着铜棒和丝绸摩擦，铜棒就会带电。
为什么两种情况有不同结果答：人体是导体。
当手直接握铜棒时，摩擦过程中产生的电荷通过人体流入大地，不能保持电荷。
戴上橡皮手套，铜棒与人手绝缘，电荷不会流走，所以铜棒带电。
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------§电场电场强度思考题：1、在地球表面上通常有一竖直方向的电场，电子在此电场中受到一个向上的力，电场强度的方向朝上还是朝下答：电子受力方向与电场强度方向相反，因此电场强度方向朝下。
2、在一个带正电的大导体附近P点放置一个试探点电荷q0(q0>0),实际测得它受力F。
赵凯华陈煕谋《电磁学》第三版的思考题和习题答案
静电场
§1.1 静电的基本现象和基本规律
思考题：
1、 给你两个金属球，装在可以搬动的绝缘支架上，试指出使这两个球带等量异号电荷的方
向。你可以用丝绸摩擦过的玻璃棒，但不使它和两球接触。你所用的方法是否要求两球大小
相等？
答：先使两球接地使它们不带电，再绝缘后让两球接触，将用丝绸摩擦后带正电的玻璃棒靠
3、 为了得到一库仑电量大小的概念，试计算两个都是一库仑的点电荷在真空中相距一米时 的相互作用力和相距一千米时的相互作用力。 解： 4、 氢原子由一个质子（即氢原子核）和一个电子组成。根据经典模型，在正常状态下，电 子绕核作圆周运动，轨道半径是 r=5.29×10-11m。已知质子质量 M=1.67×10-27kg，电子质 量 m=9.11×10-31kg。电荷分别为 e=±1.6×10-19 C,万有引力常数 G=6.67×10-11N·m2/kg2。 （1）求电子所受的库仑力；（2）库仑力是万有引力的多少倍？（3）求电子的速度。 解： 5、 卢瑟福实验证明：当两个原子核之间的距离小到 10-15 米时，它们之间的排斥力仍遵守 库仑定律。金的原子核中有 79 个质子，氦的原子核（即α粒子）中有 2 个质子。已知每个 质子带电 e=1.6×10-19 C，α粒子的质量为 6.68×10-27 kg.。当α粒子与金核相距为 6.9× 10-15m 时（设这时它们仍都可当作点电荷）。求（1）α粒子所受的力；（2）α粒子的加速 度。 解： 6、 铁原子核里两质子间相距 4.0×10-15m,每个质子带电 e=1.6×10-19 C。（1）求它们之间 的库仑力；（2）比较这力与所受重力的大小。 解： 7、 两个点电荷带电 2q 和 q，相距 l，第三个点电荷放在何处所受的合力为零？ 解：设所放的点电荷电量为 Q。若 Q 与 q 同号，则三者互相排斥，不可能达到平衡；故 Q
电磁学(赵凯华,陈熙谋第三版)第一章 习题解答
!!!!!"氢原子由一个质子（即氢原子核）和一个电子组成。
根据经典模型，在正常状态下，电子绕核作圆周运动，轨道半径是""#$#%&!%%!"已知质子质量$"%%"’(#%&!#(#$，电子质量$%%$"%%#%&!)%#$，电荷分别为&’%&%"’&#%&!%$&，万有引力常量(%’"’(#%&!%%’·!#(#$#"（%）求电子所受质子的库仑力和引力；（#）库仑力是万有引力的多少倍？（)）求电子的速度。
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新概念物理教程 电磁学 赵凯华 第二版2版 课后习题答案全解详解
可当作点电荷），求（"）! 粒于所受的力；（’）! 粒子的加速度。
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电磁学(赵凯华)答案[第1章 静电场]
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1. 有两个相距为2a，电荷均为+q的点电荷。
今在它们连线的垂直平分线上放置另一个点电荷q'，q'与连线相距为b。
试求：（1）q'所受的电场力；（2）q'放在哪一位置处，所受的电场力最大？解：解法一用直角系分解法求解。
取直角坐标系，两q连接的中点为坐标原点O，如图所示。
(1) 由库仑定律可知，两电荷q施加给q’的电场力F1和F2的大小分别为:F1和F2分别在X轴和Y轴上的投影为:于是电荷q’所受的合力F在X轴方向的分量为:因此，电荷q’所受的合电力F的为在Y轴方向的分量,大小为:方向沿Y轴方向。
(2) 根据q’所受的电力F=Fj,设式中b为变量，求F对变量b的极值，有:可得:得:由于：所以，当q’放在处时，所受的电场力最大。
解法二本题也可以直接用矢量合成法求解。
(1) 根据库仑定律，q’所受的电力F1和F2分别为有电场力叠加原理可知，q’所受的合力F为:此结果与解法一相同。
如果选取的电荷q’与q同号，F方向与Y轴同向；如果q’与q异号，F方向与Y轴反向。
(2) 同解法一（略）。
２. 如图所示，在边长为a的正方形的4个顶点上各有一带电量为q的点电荷。
现在正方形对角线的交点上放置一个质量为m，电量为q0(设q0与q同号)的自由点电荷。
当将q0沿某一对角线移动一很小的距离时，试分析点电荷q0的运动情况。
解: 如图所示，取坐标轴OX，原点O在正方形的中心，顶点上的点电荷到O电的距离为。
沿X轴方向使q0有一小位移x(x<<a), 左右两个点电荷q对q0的作用力Fx(1)为:因为x<<a，故x<<r，所以:Fx(1)的方向沿X轴负向。
而上、下两个q对q0的作用力Fx(2)为:由上述分析可知，q0所受的合力为:Fx = Fx (1) + Fx(2)方向沿X轴负向。
这表明q0所受的电场力为一线形恢复力，则q0在这个作用力下作简谐振动。
有牛顿定律可知：可得q0在O点附近简谐振动的角频率ω和周期T为3 如图（a）所示，有一无限长均匀带电直线，其电荷密度为+λ（1）另外，在垂直于它的方向放置着一根长为L的均匀带电线AB,其线电荷密度为+λ（２）试求她们间的相互作用力。
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电场线起始于正电荷或无穷 远，止于负电荷或无穷远
应用：直线
应用：平面
34推广
应用：球面
续41
应用：球体
比较结果
§4 电势及其梯度
静电保守力
续45
点电荷系
续47
保守力小结
环路定理
电势能
续51
点电荷例
电势
电势差
叠加原理
续56
简例
电势计算法
第一章
静电场
§1 静电场的基本现象 和基本规律
电荷守恒定律
真空库仑定律
续库仑定律
§2 电场 电场强度
第二节
电场强度
点电荷的场强
点电荷系场强
电偶极子场强
带电体的场强
带电直线场强
续16
续17
带电平面场强
带电平的场强
续19
两个常用公式
带电圆环场强
续22
带电圆环场强
带电圆盘场强
1 C
1 C1
1 C2
1 Ck
电容器的电场能
电容器的能量
电容器带电时具有能量，实验如下：
. K.
a. b
将K倒向a 端 电容充电 再将K到向b端
C
R
灯泡发出一次强的闪光!
能量从哪里来？
电容器释放。
问题：当电容器带有电量Q、相应的电压为U时， 所具有的能量W=？
电容器的电场能
W 1 Q2 2C
C的大小
(1)衡量一个实际的电容器的性能主要指标 耐压能力
(2)在电路中，一个电容器的电容量或耐压能力不够时，
可采用多个电容连接：
C1
如增大电容，可将多个电容并联：
C2
…
C C1 C2 Ck
若增强耐压，可将多个电容串联：
Ck
U1 U2 … Uk
C
耐压强度： U U1 U2 UK
U 但是电容减小：
带电环双例
带电薄圆盘
带电薄球壳
带电平行线
带电平行板
同轴带电柱
同轴带电环
等势面
点电荷势场
电偶极势场
电容器势场
电导块势场
综合势场图
场势微分式
续78
电势梯度
由V求E例题
§5 静电场中的导体
导体静电感应
导体静电平衡
静电平衡条件
实心导体
空腔无荷导体
空腔有荷导体
静电屏蔽
电容器的电场能
例题4:求一圆柱形电容器的储能W=？
解：设电容器极板半径分别为R1、R2
带电线密度分别为 、–，
h
则两极板间的电场为： E
2 o r
We
1
2
o
E
2dV
2h 4o
ln
R2 R1
其中：dV 2rhdr
求C的另一方法：
E
W
1 2
E2dV
W 1 Q2 2C
–
C 2W Q2
§9 恒定电流场
x dx b+xsin
忽略边缘效应
b 证明：整体不是平行板电容器
a
但在小块面积 adx 上，可认
C S d
为是平行板电容器,其电容为：
dC
oadx b xsin
C dC
oa
oadx b xsin
oa ln(1 a sin )
sin
b
电容器电容求解
x dx
b+xsin a
C S d
C dC
oa
平衡导体近场
近场公式证明
凡例
§7 电容和电容器
电容
孤立导体电容
电容器电容
平行板电容器
圆柱形电容器
电容器电容求解
特殊电容器电容求解
例题2:半径都是a 的两根平行长直导线相距为d(d>>a),
d
求单位长度的电容。
E
o
x.
P
解：设导线表面单位长度带电+ , –
两线间任意P点的场强：
E
2 o
x
2 o
(d
x)
U
ad a
Edx
o
ln d
a
a
o
ln
d a
单位长度的电容：
x
C
Q U
1
0
ln(
d a
)
0
ln(da
)
电容器电容求解
例题3:一电容器两极板都是边长为a的正方形金属平板，
但两板不严格平行有一夹角。证明：当
该电容器的电容为：
C o
a2 b
1 a 2b
时ba ，
引言
第一节电流密度
例题
微分式欧姆定律
第二节恒定电流
恒定电流
恒定电场
性质比较
例
电动势
非静电力
电源的电动势
续15
续16
1 CU 2 1 QU
2
2
这些能量存在何处？
电场的能量
以平行板电容器为例： C Q = ε0S Ud
并且 U Ed
W
1 2
CU 2
=
1 2
0S
d
E2d2
1 2
0 E 2 Sd
1 2
0E2
V
记为：We
1 2
0
E
2
V
能量储存在电场中
电场能量密度
单位体积内所储存电场能量：w e
We V
1 2
0E2
oadx b xsin
b
oa ln(1 a sin )
sin
b
b a
sin
b a
则：a sin 1 b
ln(1 a sin ) a sin 1 (a sin )2
b
b
2b
C oa2 (1 1 a sin ) oa2 (1 a )
b 2b
b
2b
证毕
电容器电容求解
电容器的串并联
带电球面场强
带电球面场强
续25
§3 高斯定理
矢量场
• 温度T 温度分布——温度场（标量场） • 流速v 流速分布——流速场（矢量场）
流线——电力线 流量——电通量
流速场
0
通量 v dS 0? S
0
0
环流 v dl L
0
• 有源（或汇）、有旋 、两者兼而有之
立体角
d
dS1 r12
dS2 r22
dS : 球面
球面度
球面所张立体角：
4球 面 度
电场线
电通量
续28
凡例
特例引入下节
高斯定理
续32
Hale Waihona Puke 续33续28从Gauss定理看电场线的性质
• 电场线疏的地方场强小，密 的地方场强大
E E1 cos1S1 E2 cos2S2 0(管内无电荷） or：－ E1 cos1 ＝ S2